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- 저자 : 석웅철 (검색결과 1 건)
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아조벤젠과 스틸벤을 기반으로 한 금속 검출용 화학센서의 합성 및 특성 분석
최근 국내외 환경규제의 강화와 함께 오염물질에 대한 새로운 검출 방법의 기술이 요구되고 있다. 기존 오염물질의 검출 방법으로는 주로 원자 흡수 분광법, ICP-MS, 전기화학적 방법 또는 형광 분석법 등이 많이 사용되고 있다. 하지만 이러한 기술은 장치 위주의 기술로 주로 외국 장비에 의존하고 있는 실정이며, 원천 및 핵심 기술도 외국에 의존하고 있다. 즉 기존의 기술은 휴대가 용이하지 않고 현장 분석에 불편함이 있어서 즉각적인 정보산출이 어렵다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 한계점을 보완하고자 최근 각광받고 있는 분야가 바로 화학센서(Chemical sensor)분야다. 화학센서는 물리적, 화학적, 생물학적 정보를 센서에서 인식하여 전기적 신호나 소리, 광 등을 이용하여 대상물질을 판단할 수 있는 기술이다. 가장 기본적인 센서 기술로는 TMS(tele-monitoring system)과 같은 현장에서 대상 환경오염물질(NOx, SOx)을 검출하여 실시간(in-situ)으로 정보를 제공하는 기술을 말한다. 그 외에도 압력센서, 가스센서, 병원물질을 검출할 수 있는 바이오센서 등이 있다. 이러한 화학센서는 저렴하고 장치가 불필요하고, 시각적 정성분석은 대상물질에 대한 즉각적인 정보를 제공하여 실시간 현장 분석이 가능하게 해준다는 장점이 있다. 이러한 센서들 중에서 염료 또는 형광물질을 이용한 색(colorimetric) 및 형광(fluorescence)화학센서에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.[1-2] 검출 물질 중에서 금속 이온의 검출은 매우 중요한 분야로 손꼽히고 있다. 그 중 전이금속 및 중금속의 검출에 많은 연구가 진행되고 있다. 전이금속의 경우에는 산업뿐만 아니라 인체 내에서도 다양한 역학을 수행한다. 예를 들어 Cu(II)는 인체 내에서 3번째로 풍부한 금속이며, 헤모글로빈의 합성, 뼈의 발달, 신경 기능 안정뿐만 아니라 신진대사에서 중요한 역할을 담당한다. 하지만 일정 농도 이상이 되면 유독하며 위염(Gastritis), 윌슨병(Wilon’s disease), 알츠하이머(Alzheimer’s disease)와 같은 질병을 유발하게 된다. 중금속의 경우, Hg은 독성이 빠르게 나타나지는 않지만, 오랜 기간 체내에서 배출되지 않고 축적되면서 암과 같은 질병을 유발하게 되어 신체에 영향을 주게 된다.[3-6] Cu(II)와 Hg를 효율적으로 검출하기 위해 연구가 진행되었고, 아조벤젠과 같은 염료 뿐만 아니라 스틸벤, 로다민과 같은 형광물질 또는 나노비드(nonobead)나 양자점(quantum dot)을 응용한 센서도 보고되어 왔다.[7-11] Cu(II), Hg 이온 검출용 화학센서 외에도 Fe(II)[12], Ag[13], Cs[14] 등 다양한 금속 이온을 검출할 수 있는 화학 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 염료의 하나인 아조벤젠(azobenzene)은 벤젠 고리 사이에 아조결합(-N=N-)를 가진 화합물로, 방향족 아민을 산과 NaNO2와 반응시켜 디아조늄 염(diazonium salt)을 만들어준 뒤 여기에 반응성이 큰 방향족 화합물을 반응시켜 합성할 수 있다. UV에 의해 광이성화(photoisomerization)이 가능하며, cis 형태와 trans 형태를 가진다. 아조벤젠은 합성이 용이하며 열 적, 화학적으로 안정하고, 디아조화 반응과 커플링의 생성물은 가시광선 영역에서 흡수되는 공액화된(conjugated) π-전자들이 있기 때문에 염료에 널리 이용되고 있다.[15] 아조벤젠과 유사한 형태의 스틸벤(stilbene) 역시 널리 알려 염료로, 아조벤젠과 유사한 형태로 벤젠 고리 사이에 이중결합(-C=C-)을 가지고 있으며, 벤즈알데하이드와 알켄 또는 triphenylphosphine과의 반응인 위티그 반응(wittig reactiontion)을 통해 합성할 수 있다. 마찬가지로 광이성화에 의해cis 형태와 trans 형태를 가지며, 이중결합의 공액화된 π-전자의 여기(excitation)와 여기에 몇 가지 역학적 과정을 통해 형광을 나타낸다. 마찬가지로 합성이 용이하고 열적, 화학적으로 안정하며 흡수와 형광을 내는 특성으로 광학 기술에 많이 사용되고 있다.[16] 본 연구에서는 다양한 금속 이온들의 검출이 가능한 다양한 아조벤젠 및 스틸벤을 디자인, 합성하였고, 금속 이온과 아조벤젠 및 스틸벤의 반응 메커니즘에 대해 연구하였다. 덧붙여 합성한 아조벤젠과 스틸벤을 고분자 및silica bead에 적용시켜 분리를 용이하게 하기 위한 연구도 함께 진행하였다.
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